JP5880569B2 - R−t−b系合金薄片及びその製造方法、並びにr−t−b系焼結磁石の製造方法 - Google Patents
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Description
HcJ=α・HA−N・Ms (1)
Br=Ms・(ρ/ρ0)・f・A (2)
図1は、本実施形態のR−T−B系合金薄片の一表面の金属顕微鏡写真(倍率:100倍)である。本実施形態の合金薄片は、R2T14B相の結晶相とRリッチ相とを含有する。本明細書において、Rは希土類元素から選ばれる少なくとも1種を含む元素、Tは鉄及びコバルトの少なくとも一方を含む元素、及びBはホウ素をそれぞれ示す。
図3は、実施形態のR−T−B系合金薄片を製造するための装置の模式図である。本実施形態のR−T−B系合金薄片は、図3に示すような製造装置を用いたストリップキャスト法によって製造することができる。本実施形態の合金薄片の製造方法は、R−T−B系合金の合金溶湯を調製する溶融工程と、合金溶湯を、円周方向に回転する冷却ロールのロール面に注いで合金溶湯を該ロール面によって冷却して結晶核を生成させ、合金溶湯の少なくとも一部を凝固させる第1の冷却工程と、結晶核を含む合金をさらに冷却して合金薄片を得る第2の冷却工程と、を有する。以下、各工程の詳細について説明する。
次に、R−T−B系焼結磁石の製造方法の好適な実施形態を説明する。本実施形態のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、R−T−B系合金の合金溶湯を調製する溶融工程と、合金溶湯を、円周方向に回転する冷却ロールのロール面に注いで合金溶湯を該ロール面によって冷却して結晶核を生成させ、合金溶湯の少なくとも一部を凝固させる第1の冷却工程と、結晶核を含む合金をさらに冷却してR−T−B系合金薄片を得る第2の冷却工程と、R−T−B系合金薄片を粉砕してR−T−B系の合金粉末を得る粉砕工程と、合金粉末を成形して成形体を作製する成形工程と、成形体を焼成してR−T−B系焼結磁石を得る焼成工程と、を有する。すなわち、本実施形態のR−T−B系焼結磁石の製造方法は、上述の製造方法で得られたR−T−B系合金薄片を用いており、溶融工程から第2の冷却工程までは、上述の合金薄片の製造方法と同様に行うことができる。したがって、ここでは粉砕工程以降の工程を説明する。
<合金薄片の作製>
図3に示すような合金薄片の製造装置を用いて、次の手順でストリップキャスト法を行った。まず、合金薄片の組成が表2に示す元素の割合(質量%)となるように、各構成元素の原料化合物を配合し、高周波溶解炉10で1300℃に加熱して、R−T−B系の組成を有する合金溶湯12を調製した。この合金溶湯12を、タンディッシュを介して所定の速度で回転している冷却ロール16のロール面17上に注いだ。ロール面17上における合金溶湯12の冷却速度は、1800〜2200℃/秒とした。
図10は、実施例1のR−T−B系合金薄片の鋳造面の金属顕微鏡写真である(倍率:100倍)。合金薄片の鋳造面を金属顕微鏡で観察して、デンドライト状結晶の幅Pの平均値、デンドライト状結晶の結晶群の長軸の長さC1に対する短軸の長さC2の比(アスペクト比)、全視野に対するR2T14B相の結晶の面積占有率、及び単位面積当たり(1mm2)におけるデンドライト状結晶の結晶核の発生数を調べた。これらの結果を表1に示す。なお、R2T14B相の結晶の面積占有率は、R−T−B系合金薄片の鋳造面の金属顕微鏡写真における、画像全体に対するデンドライト状の結晶の面積比率である。図10において、デンドライト状結晶は白色部分に相当する。デンドライト状結晶の結晶群のアスペクト比の平均値は、任意に選択された100個の結晶群における比(C2/C1)の算術平均値である。
次に、合金薄片をジェットミルで粉砕して平均粒径が2.0μmの合金粉末を得た。この合金粉末を、電磁石中に配置された金型内に充填し、磁場中で成形して成形体を作製した。成形は、15kOeの磁場を印加しながら1.2t/cm2に加圧して行った。その後、成形体を、真空中、930〜1030℃で4時間焼成した後、急冷して焼結体を得た。得られた焼結体に、800℃で1時間、及び、540℃で1時間(ともにアルゴンガス雰囲気中)の2段階の時効処理を施して、実施例1のR−T−B系焼結磁石を得た。
B−Hトレーサーを用いて、得られたR−T−B系焼結磁石のBr(残留磁束密度)及びHcJ(保磁力)を測定した。測定結果を表1に示す。
冷却ロールのロール面を加工して、凸部の高さの平均値H、凸部の間隔の平均値W、及び表面粗さRzを表1のとおりに変更したこと以外は、実施例1と同様にして実施例2〜6及び実施例16〜19の合金薄片を得た。そして、実施例1と同様にして、実施例2〜6及び実施例16〜19の合金薄片の評価を行った。図11は、実施例2のR−T−B系合金薄片の鋳造面の金属顕微鏡写真である(倍率:100倍)。実施例1と同様にして実施例2〜6のR−T−B系焼結磁石を作製し、評価を行った。これらの結果を表1に示す。
冷却ロールのロール面を加工して、凸部の高さの平均値、凸部の間隔の平均値、及び表面粗さRzを表1のとおりに変更したこと、及び原料を変更して合金薄片の組成を表2のとおりに変更したこと以外は、実施例1と同様にして実施例7〜15及び実施例20〜32の合金薄片を得た。実施例1と同様にして、実施例7〜15及び実施例20〜32の合金薄片の評価を行った。そして、実施例1と同様にして実施例7〜15及び実施例20〜32のR−T−B系焼結磁石を作製し、評価を行った。これらの結果を表1に示す。
ロール面に、ロールの回転方向に延在する直線状の第1の凹部のみを有する冷却ロールを用いたこと以外は実施例1と同様にして比較例1の合金薄片を得た。この冷却ロールは第2の凹部を有していなかった。なお、この冷却ロールの凸部の高さの平均値H、凸部の間隔の平均値W、及び表面粗さRzは、次の通りにして求めた。すなわち、冷却ロールを、冷却ロールの軸を通り軸方向に平行な面で切断したときの切断面においてロール面近傍の断面構造を観察して求めた。凸部の高さの平均値Hは、100個の凸部の高さの算術平均値であり、凸部の間隔の平均値Wは、隣り合う凸部の間隔を異なる100箇所で測定した値の算術平均値である。
冷却ロールのロール面を加工して、凸部の高さの平均値H、凸部の間隔の平均値W、及び表面粗さRzを表1のとおりに変更したこと以外は、実施例1と同様にして比較例2,3のR−T−B系合金薄片を得た。そして、実施例1と同様にして、比較例2,3のR−T−B系合金薄片の評価を行った。図13は、比較例2のR−T−B系合金薄片の鋳造面の金属顕微鏡写真である(倍率:100倍)。図14は、比較例3のR−T−B系合金薄片の鋳造面の金属顕微鏡写真である(倍率:100倍)。実施例1と同様にして比較例2,3のR−T−B系焼結磁石を作製し、評価を行った。これらの結果を表1に示す。
ロール面に、ロールの回転方向に延在する直線状の第1の凹部のみを有する冷却ロールを用いたこと、及び原料を変更して合金薄片の組成を表2のとおりに変更したこと以外は実施例1と同様にして比較例4のR−T−B系合金薄片を得た。これらの冷却ロールは第2の凹部を有していなかった。なお、これらの冷却ロールの凸部の高さの平均値H、凸部の間隔の平均値W、及び表面粗さRzは、比較例1と同様にして求めた。
(三重点領域の面積と標準偏差)
実施例10のR−T−B系焼結磁石について、電子線マイクロアナライザ(EPMA:JXA8500F型FE−EPMA)を用いて元素マップデータを収集した。測定条件は加速電圧15kV、照射電流0.1μA、Count−Time:30msecとし、データ収集領域は、X=Y=51.2μm、データ点数は、X=Y=256(0.2μm−step)とした。この元素マップデータにおいて、まず、3つ以上の結晶粒に囲まれている三重点領域を黒く塗りつぶし、これを画像解析することにより、三重点領域の面積の平均値と当該面積の分布の標準偏差を求めた。図17は、実施例10の希土類焼結磁石において三重点領域を黒く塗りつぶした元素マップデータを示す図である。
さらに、同様の電子顕微鏡の観察画像において、画像解析によってR2T14B相の結晶粒の形状を認識させ、個々の結晶粒の直径を求めて、その算術平均値を求めた。これを、R2T14B相の結晶粒の平均粒径とした。結果を表3に示す。
EPMAを用いて、実施例10〜15及び比較例4のR−T−B系焼結磁石の三重点領域における希土類元素の質量基準の含有量を求めた。測定は、10点の三重点領域において行い、希土類元素の含有量の範囲と標準偏差を求めた。これらの結果を表3に示す。
一般的なガス分析装置を用いて、実施例10〜15及び比較例4のR−T−B系焼結磁石のガス分析を行って、酸素、窒素及び炭素の含有量を求めた。その結果を表3に示す。
Claims (9)
- R2T14B相を含むデンドライト状結晶を含有するR−T−B系合金薄片であって、
鋳造面において、
前記デンドライト状結晶は結晶核とフィラー状結晶とを有し、前記結晶核を介して存在する2つの前記フィラー状結晶の端部間距離の最大距離を前記デンドライト状結晶の幅としたとき、当該幅の平均値が60μm以下であり、
前記結晶核の数が1mm四方当たり500個以上である、R−T−B系合金薄片。 - 前記デンドライト状結晶の幅の平均値が25μm以上である、請求項1に記載のR−T−B系合金薄片。
- 前記鋳造面において、複数の前記デンドライト状結晶が一方向に連なって形成される結晶群の長軸における前記デンドライト状結晶の長さをC1、該長軸に直交する短軸における前記デンドライト状結晶の長さをC2としたとき、C2/C1で計算されるアスペクト比の平均値が0.8以上である、請求項1又は2に記載のR−T−B系合金薄片。
- R 2 T 14 B相を含むデンドライト状結晶を含有するR−T−B系合金薄片の製造方法であって、
R−T−B系合金の合金溶湯を、網目状の溝によって形成される凹凸模様を有する冷却ロールのロール面に注いで冷却して前記デンドライト状結晶の結晶核を生成させ、前記合金溶湯を凝固させて得られ、
前記R−T−B系合金薄片は、鋳造面において、
前記デンドライト状結晶は結晶核とフィラー状結晶とを有し、前記結晶核を介して存在する2つの前記フィラー状結晶の端部間距離の最大距離を前記デンドライト状結晶の幅としたとき、当該幅の平均値が60μm以下であり、前記結晶核の数が1mm四方当たり500個以上である、R−T−B系合金薄片の製造方法。 - 前記凹凸模様の凸部の間隔の平均値が40〜100μmである、請求項4に記載のR−T−B系合金薄片の製造方法。
- 前記デンドライト状結晶の幅の平均値が25μm以上である、請求項4又は5に記載のR−T−B系合金薄片の製造方法。
- 前記鋳造面において、複数の前記デンドライト状結晶が一方向に連なって形成される結晶群の長軸における前記デンドライト状結晶の長さをC1、該長軸に直交する短軸における前記デンドライト状結晶の長さをC2としたとき、C2/C1で計算されるアスペクト比の平均値が0.8以上である、請求項4〜6のいずれか一項に記載のR−T−B系合金薄片の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載の合金薄片を粉砕して合金粉末を調製する工程と、
前記合金粉末を成形して焼成し、R−T−B系焼結磁石を作製する工程と、を有する、R−T−B系焼結磁石の製造方法。 - 請求項4〜7のいずれか一項に記載の製造方法で得られた合金薄片を粉砕して合金粉末を調製する工程と、
前記合金粉末を成形して焼成し、R−T−B系焼結磁石を作製する工程と、を有する、R−T−B系焼結磁石の製造方法。
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